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Philippe Cinquin, Serge Cosnier, Chantal Gondran, Fabien Giroud

Biopile implantable au glucose

France

Catégorie

Recherche

Domaine technique

Machines, appareils et énergie électriques

Université

Joseph Fourier University

Les appareils implantés dans l'organisme, tels les stimulateurs cardiaques, sont alimentés par des piles qui doivent régulièrement être remplacées. S'ils pouvaient tirer directement leur énergie du corps humain, le patient se verrait épargner des réopérations risquées et coûteuses. Une équipe de chercheurs français est parvenue à implanter un micro-dispositif qui génère de l'électricité à partir du glucose présent dans le sang : un pas de géant est franchi vers l'autarcie bioénergétique.

Finalistes du Prix de l'inventeur européen 2014

L'invention de Philippe Cinquin, Serge Cosnier et leur équipe à l'Université Joseph Fourier de Grenoble, est en fait une "batterie vivante" : une pile à combustible dotée d'enzymes réactifs, capable de puiser dans les réserves en sucre de l'organisme pour produire de l'électricité à partir de la molécule de glucose qui est la source d'énergie de nos cellules.

L'idée de créer des piles à biocombustible utilisant les ressources naturelles de l'organisme pour alimenter des stimulateurs cardiaques ou des cœurs artificiels date des années 1960, mais le rêve n'a jamais été aussi près de devenir réalité qu'il ne l'est actuellement grâce à l'innovation des chercheurs français. Le procédé prometteur mis au point par ces derniers se situe à la croisée de plusieurs disciplines.

Impact social

Les piles à biocombustible de Philippe Cinquin et Serge Cosnier sont une bonne nouvelle pour les millions de gens dont la santé et le bien-être dépendent d'appareils médicaux implantés tels que les stimulateurs cardiaques. Ces derniers sont un indéniable facteur de survie, mais leurs piles ont une durée de vie d'environ huit ans. Passée cette période, elles doivent être remplacées via des interventions invasives coûteuses et potentiellement risquées. La biopile de l'équipe scientifique grenobloise fournit une source d'énergie inépuisable, susceptible de révolutionner l'alimentation électrique des dispositifs médicaux implantés dans le corps humain.

Impact économique

Les piles à biocombustible n'ont pas encore fait leur entrée sur le marché, mais elles laissent entrevoir des débouchés lucratifs, notamment dans le secteur de l'instrumentation médicale. En 2010 estimé à 11,1 milliards de dollars, équipements auxiliaires inclus, le marché mondial des implants micro-électroniques médicaux devrait atteindre 17,9 milliards en 2016, avec une croissance annuelle de 8,9%.

Les segments les plus dynamiques sont ceux des appareils auditifs, des neurostimulateurs et des pompes à médicaments implantables. L'alimentation électrique de ces implants est une gageure, surtout s'ils ont une fonction de stimulation ou de captage en continu. Les technologies d'avenir sont celles qui utilisent l'énergie endogène du milieu physiologique, à l'instar des biopiles mises au point par Philippe Cinquin et Serge Cosnier.

Mode d'action

Le fonctionnement des piles à biocombustible qui produisent de l'énergie à partir du glucose physiologique est très semblable à celui d'une batterie classique. L'électricité circule via des bornes positive et négative à travers un milieu conducteur de charges appelé électrolyte. L'électricité est générée via une série de réactions électrochimiques catalysées par des enzymes qui interagissent avec le glucose sanguin.

Le liquide physiologique, qui contient du glucose et de l'oxygène, fait office d'électrolyte. Deux enzymes interviennent à l'anode. Le premier provoque la dégradation du glucose dérivé de la nutrition. Le deuxième oxyde les sucres simples pour libérer des électrons. Un courant circule quand les électrons se déplacent vers la cathode. Un condensateur relié à la pile emmagasine les charges électriques produites.

Inventeurs

Né au Maroc, médecin et mathématicien, Philippe Cinquin est un des pionniers de la technologie des gestes médico-chirurgicaux assistés par ordinateur. Professeur à l'Université Joseph Fourier à Grenoble, il exerce aussi à l'hôpital universitaire de la même ville. Ses inventions ont trouvé des applications industrielles utilisées en clinique pour traiter des centaines de milliers de patients.

Toulousain de naissance, auteur de publications importantes dans le domaine de la bio-électrochimie, Serge Cosnier, outre ses fonctions de directeur de recherche au CNRS, dirige le département de chimie moléculaire à l'Université Joseph Fourier et au CNRS de Grenoble. En 2013, il a été élu à l'Academia Europaea, distinction qu'il partage avec 38 lauréats du Prix Nobel.

Le saviez-vous ?

Les succès enregistrés par Cinquin, Cosnier et leur équipe préfiguraient des expériences réalisées sur des crustacés. En 2012, un groupe de chercheurs du Nord de l'État de New York implantèrent des électrodes dans des homards vivants avant de les raccorder à une montre numérique. Quelques mois auparavant, une autre équipe avait réalisé une expérience analogue, en utilisant cette fois trois palourdes pour faire tourner un moteur électrique.